§ 18. Класіфікацыя і агульныя характарыстыкі хімічных рэакцый

Хімічныя ператварэнні можна класіфікаваць па шэрагу крытэрыяў.

1. Па колькасці і саставу зыходных рэчываў і рэчываў, якія ўтвараюцца, адрозніваюць рэакцыі злучэння, раскладання, замяшчэння і абмену.

Рэакцыя злучэння — гэта хімічнае ператварэнне, у выніку якога з двух або больш рэчываў утвараецца адно новае рэчыва:

У рэакцыях злучэння могуць удзельнічаць як простыя, так і складаныя рэчывы, але прадуктамі з’яўляюцца толькі складаныя рэчывы.

Рэакцыя раскладання — гэта хімічнае ператварэнне, у выніку якога з аднаго складанага рэчыва ўтвараецца некалькі новых — простых або складаных:

Раскладанню падвяргаюцца толькі складаныя рэчывы.

Рэакцыя замяшчэння — гэта хімічнае ператварэнне, у выніку якога атамы простага рэчыва замяшчаюць атамы аднаго з элементаў у складаным:

Рэакцыя абмену — гэта хімічнае ператварэнне, у выніку якога два складаныя рэчывы абменьваюцца сваімі састаўнымі часткамі.

Напрыклад:

або ў іоннай форме, вядомай вам з 9-га класа:

2. Па прыкмеце змянення ступеней акіслення атамаў у хімічных ператварэннях вылучаюць акісляльна-аднаўленчыя рэакцыі і рэакцыі без змянення ступені акіслення атамаў.

Рэакцыі абмену, некаторыя рэакцыі злучэння і раскладання працякаюць без змянення ступені акіслення атамаў:

Рэакцыі замяшчэння, некаторыя рэакцыі раскладання і злучэння суправаджаюцца змяненнем ступеней акіслення атамаў:

Адзначым, што змяненнем ступеней акіслення атамаў суправаджаюцца амаль усе рэакцыі з удзелам простых рэчываў.

Акісляльна-аднаўленчыя рэакцыі ажыццяўляюцца за кошт пераходу электронаў ад атамаў адных элементаў да атамаў другіх, у выніку чаго і адбываецца змяненне ступеней акіслення. Пры гэтым лік электронаў, аддадзеных адноўнікам, роўны ліку электронаў, прынятых акісляльнікам. Гэтая роўнасць называецца, як вам вядома, электронным балансам і выкарыстоўваецца для расстаноўкі каэфіцыентаў ва ўраўненнях акісляльна-аднаўленчых рэакцый.

3. Па прыкмеце вылучэння або паглынання цеплаты хімічныя рэакцыі падзяляюць на экзатэрмічныя і эндатэрмічныя.

Экзатэрмічнымі называюць рэакцыі, якія суправаджаюцца вылучэннем цеплаты ў навакольнае асяроддзе.

Цеплату, якая вылучаецца, ва ўраўненні рэакцыі абазначаюць сімвалам Q са знакам плюс, паказваючы такім чынам, што сістэма перадае сваю энергію навакольнаму асяроддзю. Энергія можа перадавацца таксама ў выглядзе светлавога выпраменьвання або электрычнай энергіі. Звычайна экзатэрмічныя рэакцыі выкарыстоўваюць для атрымання цеплаты. Тыповы прыклад — рэакцыя гарэння метану:

Эндатэрмічнымі называюць рэакцыі, якія суправаджаюцца паглынаннем цеплаты з навакольнага асяроддзя. Цеплату, што ўбывае, ва ўраўненні рэакцыі абазначаюць сімвалам Q са знакам мінус:

4. Па прыкмеце паўнаты ператварэння зыходных рэчываў у канчатковыя хімічныя рэакцыі дзеляць на неабарачальныя і абарачальныя.

Неабарачальнымі называюць хімічныя рэакцыі, якія працякаюць у дадзеных умовах з поўным ператварэннем хаця б аднаго з зыходных рэчываў у прадукты рэакцыі.

Калі рэагуючыя рэчывы ўзяты ў стэхіяметрычных колькасцях, то ўсе яны прарэагуюць цалкам у выпадку неабарачальнай хімічнай рэакцыі.

Да неабарачальных адносяцца рэакцыі з інтэнсіўным вылучэннем цеплаты (напрыклад, гарэння: ), а таксама рэакцыі ў растворах з утварэннем маларастваральных (), газападобных () рэчываў або рэчываў, якія мала дысацыіруюць (напрыклад, вада):

Абарачальнымі называюць хімічныя рэакцыі, здольныя працякаць у дадзенных умовах адначасова ў прамым і зваротным напрамках. У ходзе абарачальнай рэакцыі зыходныя рэчывы ператвараюцца ў прадукты рэакцыі не цалкам таму, што адначасова з прадуктаў утвараюцца зыходныя рэчывы.

Ва ўраўненнях абарачальных рэакцый знак роўнасці замяняюць процілегла накіраванымі стрэлкамі. Напрыклад, абарачальныя рэакцыі атрымання аксіду серы(VI):

а таксама ўзаемадзеяння азоту з кіслародам, якое становіцца адчувальным толькі вышэй за 2000 °С і працякае ў атмасферы пры разрадах маланкі.

5. Па ўмовах правядзення рэакцыі дзеляць на каталітычныя і некаталітычныя.

Каталітычныя рэакцыі працякаюць з удзелам каталізатараў.

Каталізатары — гэта рэчывы, якія паскараюць хімічныя рэакцыі, але не ўваходзяць у састаў прадуктаў ператварэнняў.

Каталізатар указваюць над знакам роўнасці або абарачальнасці рэакцыі, як правіла, з кароткімі пазначэннямі ўмоў яе працякання (t, р), напрыклад:

Многія рэакцыі працякаюць з дастатковай скорасцю толькі ў прысутнасці каталізатара. Так, вядома, што чысты пераксід вадароду ўстойлівы і раскладаецца пры 20 °С са скорасцю, меншай за 0,5 % у год. Аднак пры наяўнасці малой колькасці прымесей, напрыклад злучэнняў медзі, жалеза, марганцу, серабра, многіх арганічных рэчываў, пераксід вадароду няўстойлівы нават у разбаўленых растворах:

6. Па наяўнасці мяжы падзелу фаз вылучаюць рэакцыі гамагенныя і гетэрагенныя. Хімічныя рэакцыі, якія працякаюць ва ўсім аб’ёме аднароднага рэакцыйнага асяроддзя (напрыклад, у сумесі газаў, у растворы дзвюх солей у вадзе), называюць гамагеннымі. Напрыклад:

Рэакцыі, якія працякаюць на паверхні судакранання розных рэчываў у неаднародным асяроддзі, з’яўляюцца гетэрагеннымі. Такую паверхню называюць мяжой падзелу фаз, разумеючы пад фазай аднародную па саставе і ўласцівасцях частку сістэмы. Напрыклад, у рэакцыі медзі з канцэнтраванай сернай кіслатой, ураўненне якой:

цвёрдая медзь аддзелена ад вадкай сернай кіслаты бачнай мяжой — паверхняй кавалачка медзі. З паверхні медзі падымаюцца бурбалкі газу — SO₂. Гэтая рэакцыя з’яўляецца гетэрагеннай. Да гетэрагенных адносяць рэакцыі растварэння металаў і іх аксідаў у кіслотах, гарэнне цвёрдых рэчываў у кіслародзе, узаемадзеянне паміж кіслотнымі і асноўнымі аксідамі і інш.

У якасці прыкладу гетэрагеннай хімічнай рэакцыі можна прывесці высокатэмпературны працэс атрымання жалеза з аксіду жалеза Fe₂O₃:

Гетэрагенныя хімічныя рэакцыі працякаюць на паверхні судакранання рэагуючых рэчываў.

Гамагеннымі называюць хімічныя рэакцыі, што працякаюць у аднародным асяроддзі ў адсутнасці паверхні судакранання розных рэчываў.

Пытанні, заданні, задачы

1. Укажыце ўраўненні рэакцый злучэння, раскладання, замяшчэння і абмену:

• а)
• б)
• в)
• г)

2. Якая з дзвюх прыведзеных рэакцый абарачальная?

Дайце тлумачэнне.

3. Укажыце, гамагеннай або гетэрагеннай з’яўляецца кожная з рэакцый, паказаная ўраўненнем:

• а)
• б)
• в)
• г)

4. Складзіце ўраўненні рэакцый:

• а) абмену паміж MgO і HCl, Са(ОН)₂ і Н₂SO₄;
• б) замяшчэння паміж Zn і НСl, Zn і Н₃РО₄.

5. Дапоўніце схемы ператварэнняў па ўзоры:

 (акісленне).

6. Расстаўце каэфіцыенты метадам электроннага балансу:

7. Ахарактарызуйце па шасці вывучаных прыкметах класіфікацыі хімічныя рэакцыі, паказаныя ўраўненнямі:

• а)
• б)
• в)

8. Дакажыце, што рэакцыя нейтралізацыі не з’яўляецца акісляльна-аднаўленчай.

9. Дайце поўную характарыстыку рэакцыі паміж простымі рэчывамі, атамы якіх маюць электронную канфігурацыю [Ne]3s¹ и [He]2s²2p⁵.

10. Разлічыце колькасць (моль) рэчыва і лік электронаў, якія пяройдуць ад адноўніка да акісляльніка пры поўным растварэнні ў сернай кіслаце алюмінію масай 2,7 г.

^*Падрыхтуйце паведамленне «Акісляльна-аднаўленчыя працэсы ў прыродзе, тэхніцы, побыце».

*Самакантроль

1. Пры працяканні хімічнай рэакцыі абавязкова адбываецца:

• а) змена колькасці рэчываў у ходзе рэакцыі;
• б) утварэнне мяжы падзелу фаз;
• в) вылучэнне ці паглынанне цеплаты;
• г) змяненне ступеней акіслення атамаў.

2. Да рэакцый замяшчэння адносяцца:

• а) 2NO + O₂ = 2NO₂;
• б) NaCl + AgNO₃ = NaNO₃ + AgCl↓;
• в) Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂↑;
• г) CuO + H₂ = Cu + H₂O.

3. Да гетэрагенных рэакцый адносяцца:

• а) C_(цв) + O_2(г) = CO_2(г);
• б) CO_2(г) + KOH_(р) = KHCO_3(р);
• в) NaOH_(р) + HCl_(р) = NaCl_(р) + H₂O_(ж);
• г) CH_4(г) + Сl_2(г) → CH₃Cl_(г) + HCl_(г).

4. Да акісляльна-аднаўленчых рэакцый адносяцца:

• а) CaCO₃ CaO + CO₂;
• б) Cl₂ + 2KOH = KClO + KCl + H₂O;
• в) 2NaОН + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2H₂O;
• г) Cu₂S + 6H₂SO_4(канц) 2CuSO₄ + 5SO₂↑ + 6Н₂O.

5. Рэакцыя 2SO_2(г) + O_2(г) 2SO_3(г) + Q, якая працякае ў прысутнасці каталізатара V₂O₅, з’яўляецца:

• а) абарачальнай;
• б) акісляльна-аднаўленчай;
• в) каталітычнай;
• г) эндатэрмічнай.